Hoe je het snelst komt van acetaat naar zymosterol

Biochemical Pathways is in Nederland voor ƒ 25,- verkrijgbaar (incl. portokosten). Schriftelijk bestellen bij Boehringer Mannheim Nederland, Markerkant 13-10, 1314 AN Almere. Toezending volgt na betaling acceptgiro.

In ieder biochemisch laboratorium hangt wel een exemplaar van de wandkaart Biochemical Pathways. Sinds kort is er een nieuwe editie uit, nog groter en voller dan de vorige. Op bezoek bij maker Gerhard Michal.

Felix Eijgenraam

Van twee meter afstand is het nog een grijze brij. Iets dichterbij en je ziet alleen de dikste pijlen. Pas op leesafstand valt het biochemisch abacadabra te ontcijferen.

Biochemical Pathways doet denken aan een gedetailleerde plattegrond van een wereldstad. In het centrum valt een achtbaansweg op, richting acetyl-coënzym A. Vlak daarbij de rotondes van de citroenzuur- en de ureumcyclus. Wat verder de verkeersknoopunten van de vetzuursynthese, de glyoxylaatcyclus, de pentosecyclus. De drukke klaverbladen van de vetzuuroxydatie, de glycolyse en de gluceogenese. De wriemelende volksbuurten van de suikers, de aminozuren, de purines, de pyrimidines, de isoprenoden. Ver weg de uitgestrekte flatwijken van de carotenoden, de sterolen, de porphyrines, de galzuren. En helemaal aan de rand de tuinsteden van de boterzuurgisting, de methaanoxydatie en beta-lactamantibiotica.

De tweedelige wandkaart biedt, op zijn totale oppervlakte van tweeëneenhalve vierkante meter, een grafische synopsis van de biochemische omzettingen in levende cellen, zowel van micro-organismen als van planten en dieren. Dat zijn er - een blik op de kaart bevestigt dat - vreselijk veel. In elke cel komen naar schatting zo'n 750 verschillende typen eenvoudige moleculen voor (suikers, aminozuren, enzovoort), plus nog eens duizenden verschillende soorten macromoleculen (voornamelijk eiwitten - in een eenvoudige bacterie naar schatting al zo'n 2000). Al die kleine en grote verbindingen maken deel uit van een wijd vertakt netwerk van reactieroutes en Biochemical Pathways vat daarvan de belangrijkste samen.

Dat zo'n samenvatting überhaupt mogelijk is, is te danken aan de biochemische eenheid van het leven op aarde. Alle organismen maken gebruik van dezelfde typen macromoleculen, allemaal hebben ze grote delen van hun molecualire celstofwisseling gemeen. Kortom, achter de geweldige diversiteit aan levensvormen gaat één moleculair grondplan schuil. Dat is een van de belangrijkste inzichten die de biochemie heeft opgeleverd, en ook een sprekend bewijs voor de gemeenschappelijke afstamming van al het leven, dus van biologische evolutie.

Niet dat het grondplan geen variaties kent. Er is aanzienlijke biochemische verscheidenheid tussen verschillende celtypen en soorten organismen. Zo heeft een konijn geen bladgroenkorrels, bevat een bacterie geen geslachtshormonen en produceert een groene plant geen penicilline. Niettemin bedienen ze zich allemaal van dezelfde moleculaire lego-set voor de bouw van structuren, de winning van energie en de productie van nageslacht.

Biochemical Pathways toont wat cellen met deze lego-set doen. De kaart laat zien hoe de simpele verbindingen in een cel worden gemaakt, omgezet en afgebroken. Hoe planten suikers maken uit licht, water en koolzuur. Hoe dieren energetische munt slaan uit voedsel. Hoe de bouwstenen worden gemaakt van DNA, RNA, eiwitten en polysacchariden, en hoe ze worden aaneengeregen. Hoe de genen worden afgelezen en hoe de eiwitsynthese verloopt. Maar ook hoe de bloedstolling werkt en hoe boodschappermoleculen als postbodes informatie aan een cel afgeven. Dit alles en nog veel, veel meer.

Relatiegeschenk

Biochemical Pathways begon in de jaren zestig als een relatiegeschenk van het Duitse farmaceutische bedrijf Boehringer Mannheim. Het is het idee en de liefhebberij van één man, de biochemicus dr. Gerhard Michal. Zijn kaart hangt overal ter wereld. In biochemische en moleculair-biologische laboratoria van Pittsburgh tot Sjanghai en in studentenkamers van Kaapstad tot Troms⊘. De eerste editie uit 1968 en de tweede uit 1972 hadden samen een oplage van niet minder dan 750.000 exemplaren. En eind vorig jaar verscheen, na twintig jaar, een sterk uitgebreide derde editie in een voorlopige oplage van 250.000 stuks.

""Bij elkaar een miljoen!'', straalt de 62-jarige Michal, hoofd wetenschappelijke planning van de vestiging van Boehringer Mannheim in Penzberg, een landelijk Beiers dorpje zo'n veertig kilometer ten zuiden van München. ""De vorige editie was nog gratis en werd aan iedereen die hem aanvroeg toegestuurd. Maar de nieuwe is bijna dubbel zo groot en weegt bijna een halve kilo. De druk- en de portokosten zijn te hoog opgelopen om hem nog langer gratis te kunnen opsturen. We moeten er nu helaas 20 mark voor vragen.''

Voor het eerst is Biochemical Pathways verdeeld in twee aparte kaarten. Michal: ""Op de oude edities stond eigenlijk alleen maar de "klassieke' biochemie afgebeeld, dat wil zeggen de omzettingen van voornamelijk laag-moleculaire verbindingen. Maar in de afgelopen twintig jaar zijn structuur- en ruimtelijke aspecten heel belangrijk geworden. Denk aan herkenningsprocessen die zich op membranen afspelen, en aan ionentransport over gradiënten. Maar ook aan ruimtelijke interacties tussen macromoleculen, zoals de replicatie en de aflezing van DNA, of de synthese van eiwitten.''

In deel 2 van de kaart zijn al deze aspecten keurig ondergebracht. Ionenpompen, bloedstolling, immuunsysteem, oxydatieve fosfoylering, fotosynthese, alles heeft een plekje gevonden. De gebruiker kan in één oogopslag zien welke receptoren er zoal in de diverse membranen zitten en de redoxpotentialen aflezen van de pigmenten in fotosystemen.

Michal: ""Die tweede kaart was een knap lastige puzzel. Het is niet eenvoudig om voor al die verschillende soorten processen één min of meer gemeenschappelijke beeldtaal te verzinnen. Macromoleculen en membranen kun je nu eenmaal onmogelijk weergeven met structuurformules, zoals in het klassieke deel van de kaart. Dus moet je naar een ander niveau van abstractie, maar dan wel zo uniform en consequent mogelijk en zonder verlies aan inzichtelijkheid.''

A tot V

In het praktische gebruik werkt Biochemical Pathways als een gewone stadsplattegrond. De kaarten zijn opgedeeld in segmenten, verticaal gecodeerd met letters (A tot V) en horizontaal met cijfers (1 tot 10). Via een indexboekje met 2507 ingangen zijn de biomoleculen op de kaart vlug op te zoeken. De eenvoudige verbindingen van acetaldehyde (A-8, B-8, E-6, H-4) tot zymosterol (F-10), maar ook de enzymen van acetaat kinase (C-4) tot de xylulose reductases (C-3). Op sommige plaatsen op de kaart staan midden in het woud van pijlen, enzymnamen en structuurformules "wijkbordjes' geplant, zoals "Purine biosynthese' (D-2) en "Vertakte aminozuren' (A-9).

De reactiepijlen op Biochemical Pathways vallen uiteen in vier kleuren: zwart, blauw, groen en rood. Ze staan voor respectievelijk de algemene biochemische reactieroutes en de routes specifiek voor dieren, planten en micro-organismen. Michal: ""De pijlen vormden de grootste puzzel voor de lay-out. Er bestaan ontzettend veel dwarsverbindingen tussen de diverse stofwisselingsroutes, de vertakkingsgraad is zeer hoog. Op een kaart heb je maar de beschikking over twee dimensies. Als je werkelijk alle dwarsverbindingen zou willen aangeven, zouden de pijlen elkaar overal kriskras snijden. Om dat topologische probleem te omzeilen heb ik veel pijlen weggelaten of, als ze daarvoor te belangrijk waren, dezelfde verbinding op meer dan een plaats opgevoerd. Pyrodruivezuur bijvoorbeeld komt op de kaart op heel veel plekken voor.''

Michal is blij dat hij nog voor zijn pensioen een bijgewerkte versie heeft kunnen maken. Net als de eerdere edities ontstond ook deze in zijn vrije tijd. Michal: ""Ik ben met een auto vol boeken naar huis gereden en ben achter de tekentafel drie jaar lang met schaar en lijmpot bezig geweest.'' Tegen extra salaris overigens, want de kaart is perfecte reclame voor zijn bedrijf. De Gründlichkeit moet model staan voor de kwaliteit van de Boehringer-produkten.

Michal consulteerde daarom verschillende specialisten. En het eindresultaat toonde hij vorig jaar eerst op een biochemisch congres in Dublin, voor terugkoppeling. Michal: ""Het was grappig hoe de mensen reageerden. Nam iemand de hele kaart in ogenschouw, dan wist je: dit is een student. Zoomde iemand daarentegen in op een klein stukje, dan ging het om een onderzoeker en wist je meteen in welk gebied hij of zij werkte.''